专利名称：多孔的多层过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及多孔的多层过滤器，更具体而言，本发明涉及一种能以高流速过滤超细颗粒的微滤过滤器，在该过滤器中，实现了对过滤表面的保护。
背景技术：
聚四氟乙烯(在下文中称为“PTFE”)多孔过滤器具有PTFE所固有的特性(例如，高耐热性、化学稳定性、耐候性、不燃性、高强度、不粘性以及摩擦系数低)，而且具有多孔体所具有的特性(例如挠性、液体渗透性、颗粒捕集性以及介电常数低)。由于PTFE多孔过滤器所具有的优异特性(例如高化学稳定性)，因此其已经被广泛用作(尤其是)半导体相关领域、液晶相关领域和食品/医药相关领域中液体、气体等的微滤过滤器(膜过滤器)。 在这些领域中，鉴于进一步的技术创新和需求的增加，一直需要具有更高性能的微滤过滤器。具体而言，在半导体制造中，集成度逐年提高，因此光刻线的宽度降低至0.5μπι或更小。同样，在液晶制造过程中，包括使用感光性材料的微细加工，因此需要能够在较小区域内可靠地捕获微粒的微滤过滤器。这些微滤过滤器主要用作用于处理洁净室里的空气的过滤器和用于过滤化学溶液的过滤器，并且它们的性能影响产品收率。此外，在食品/药品相关领域中，随着近年来安全意识的提高，将微小的异物完全过滤掉(绝对除去性)存在强烈要求。因此，例如，日本未审查专利申请公开No. 2010-94579 (专利文献I)提出由两层层积体形成的过滤用过滤器，其中过滤膜被固定在支持体上，该过滤膜由厚度为50 μ m以下的PTFE多孔膜构成，并且能够捕集粒径为O. I μ m以下的微粒。但是，当试图确保微粒的颗粒捕集率时，会减小过滤层的孔径。当过滤层的表面暴露于外部时，在制造、加工或使用中，具有微结构的过滤层的表面上易于发生损坏。当过滤层的表面上发生损坏时，微粒的捕集能力降低，这是一个问题。引用列表专利文献专利文献I :日本未审查专利申请公开Νο· 2010-94579
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种过滤器，其中对于小于O. I μ m的超细颗粒的捕集能力和处理速度未降低，并且过滤层上不易于发生损坏。解决问题的方式为了解决上述问题，本发明提供了一种多孔的多层过滤器，该多孔的多层过滤器为由三个在纵向和横向上双向延伸的多孔延伸PTFE片材构成的层积体，所述层积体包括作为中间层的过滤层、叠置于位于过滤层的待处理液体流入侧的保护层、以及叠置于过滤层的另一表面的支持层，所述多孔的多层过滤器的特征在于过滤层的一个表面和另一表面在其与保护层和支持层的边界处被熔融粘结至保护层和支持层，保护层的孔和支持层的孔与过滤层的孔三维连通，并且过滤层的孔的平均孔径(下文中可简称为“平均孔径”)被设定为小于保护层和支持层各自的孔的平均孔径。在由三个片材构成的层积体中，纵向上的抗拉强度与横向上的抗拉强度之间的差值可设定在1，500mN以下；纵向上的抗拉强度和横向上的抗拉强度均可设定在2，OOOmN至20，OOOmN的范围内，优选在4，OOOmN至13，OOOmN范围内；并且层积体的耐压强度可设定在200kPa 至 2，OOOkPa 范围内，优选为 500kPa 至 I, 500kPa。待叠置的三个片材均为在纵向和横向上双向延伸的片材，其中纵向的强度与横向的强度之间的差值得以减小。因此，由该层积体形成的本发明过滤器被赋予了各向同性的抗拉强度，并且不易于变形。如上所述，通过使保护层叠置于过滤层的待处理液体的流入侧，过滤层的表面被保护，以免被暴露于外部。由于保护层的孔径被设定为大于过滤层的孔径，因此防止了处理 速度降低，并且可以使高流速处理成为可能。另外，保护层、过滤层和支持层均在纵向和横向上双向延伸，其中纵向上的强度和横向上的强度被设定为基本上相同，从而提高了各层的强度并赋予各层以各向同性。另外，由于这三层是由具有强度且品质相同的多孔延伸PTFE片材形成，因此，在熔融界面处不易于发生剥离，从而增加固定强度。以这种方式，通过使过滤层夹在保护层和支持层之间，实现了强一体化，从而增强了过滤层的保护能力，其中过滤层、保护层和支持层均具有强度。在本发明中，优选的是，过滤层的平均孔径为O. 01 μ m至O. 45 μ m,两侧的保护层和支持层平均孔径均为过滤层平均孔径的5至1，000倍，并且过滤层的厚度为2 μ m至50 μ m0被捕集的颗粒的大小取决于过滤层的孔。当平均孔径被设定为Ο.ΟΙμπι至O. 45 μ m、优选为小于O. I μ m时,可以捕集小于O. I μ m的超细颗粒。另外，通过将厚度设定为2 μ m至50 μ m的较小厚度，可以增加流速。即使过滤层的厚度减小为上述厚度，由于过滤层夹在位于两侧的保护层和支持层之间，因此可以防止在制造、加工或处理中过滤层发生损坏和变形(例如收缩)。使用孔径分布测量装置Perm-Porometer (由美国PMI公司生产；型号No. CFP-1200A)来测量过滤层、保护层和支持层各自的平均孔径。将GALWICK (PMI公司)用作测量用液体。在使用Perm-Porometer进行测量时，对被浸入测量用液体中的模切样品(直径25_，测量面积直径约16_)逐渐施加空气压力，并测量湿润状态时的空气流速和干燥状态时的空气流速。确认最大孔径、最小孔径和平均孔径。由干燥状态时的空气流速与湿润状态时的空气流速之间的比值计算孔径分布。在这种常规过滤器中，可以被捕集的最小粒径为O. I μ m。相反，在本发明中，如上所述，过滤层的平均孔径被设定在O. 01 μ m至O. 45 μ m之间，可以捕集小于O. I μ m的颗粒。另外，在这种情况下，这样设定了渗透流速，从而实现了与用于捕集O. I μ m的颗粒的常规过滤器相当的渗透流速。通过下述方法测量颗粒捕集率。将滤膜冲压成直径为47mm的圆片，并将其设置在支架上。制备含有粒径为O. 055 μ m (I. 4X1010个/cm2)的聚苯乙烯乳胶均质颗粒(由JSR公司制造)的水溶液，并在41. 2kPa的压力下，采用所设置的过滤器对32cm3的该水溶液进行过滤。测定过滤前的水溶液以及滤液的吸光度，并且计算二者的比值。采用紫外可见分光光度计(由岛津株式会社制造的UV-160)，在波长为310nm的条件下测定吸光度(测定精度为1/100)。将保护层和支持层的片材厚度均设定在2μπι至50μπι范围内(与过滤层片材的厚度相同)，或设置在5μπι至60μπι范围内(略大于过滤层片材的厚度)，并且层积体的总厚度优选为10 μ m至150 μ m。可根据待捕集的目标颗粒的大小来改变用作过滤层的多孔延伸PTFE片材，并且按照如上所述，通过将保护层和支持层的平均孔径设定在5至1，000倍的范围(优选为10至30倍)内，可以共同使用与过滤层一体化的保护层和支持层。
优选的是，过滤层的孔隙率为40%至90%，保护层和支持层的孔隙率均为过滤层孔隙率的I至2. 5倍。其原因为当过滤层的孔隙率小于40%时，流速可能过度减小，当孔隙率超过90%时，强度可能过度减小。根据ASTM-D-792中所述的方法、或者通过根据膜体积和绝对比重进行计算，来确定孔隙率。孔隙率值越高，表示渗透性越优异。此外，在过滤层中，将泡点设置在70kPa至400kPa，优选为200kPa至500kPa。制造根据本发明的由三个片材的层积体形成的多孔的多层过滤器的方法包括制备三个双向延伸的多孔延伸PTFE片材，以用作保护层、过滤层和支持层；将这三个片材叠置；以及在等于或高于PTFE的熔点的温度下进行烧结，从而在保护层与过滤层的界面处，将保护层熔融粘结至过滤层的一个表面，并在支持层与过滤层的界面处，将支持层熔融粘结至过滤层的另一表面，由此形成一体化的结构。除了上述在将三个片材叠置后通过烧结在界面处进行熔融粘结外，还可采用这样的方法其中将保护层和支持层中的一者叠置于过滤层上，然后通过烧结在界面处进行熔融粘结，随后，将保护层和支持层中的另一者叠置于过滤层的另一表面上，然后通过烧结在界面处进行熔融粘结。另外，通过使用亲水性材料浸溃已一体化的层积体，可以使层积体的表面亲水化，然后通过利用交联液处理使该亲水性材料变得不能被溶解。用于亲水化中的亲水性材料的例子包括聚乙烯醇(PVA)、乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)和丙烯酸酯树脂。尤其是，当用PVA的水溶液浸溃PTFE多孔体时，PVA易于吸附于PTFE纤维的表面，并且易于均匀地涂布到纤维上，因此适合使用PVA。构成过滤层、保护层和支持层的多孔延伸PTFE片材通过以下方法制造。注意，当由相同的多孔延伸PTFE片材形成保护层和支持层时，可以降低制造成本。该方法包括通过对高分子量PTFE的未烧结粉末和液态润滑剂的混合物进行糊料挤出而形成片材的步骤；将该片材沿纵向和横向双向拉伸而形成多孔膜的步骤；以及对各被拉伸的多孔膜进行烧结的步骤。在各个过滤层、支持层和保护层中，纵向和横向的拉伸倍率被设定为较高数值。纵向拉伸倍率为3至15倍，优选为3至6倍，横向拉伸倍率为10至50倍，优选为15至25倍。当拉伸倍率小于上述拉伸倍率时，孔隙率减小，树脂块残留，孔的形状不能成为球形，并且不能获得充分的渗透性。另一方面，当拉伸倍率超过上述倍率时，纤维可能会被撕裂，从而导致产生大孔。如上所述，通过使用高分子量PTFE未烧结粉末并增加双向(即，纵向和横向)拉伸倍率，可获得过滤层具有高渗透性且同时具有微细孔的多孔过滤器。这是因为，当使用高分子量PTFE的未烧结粉末时，即使以比传统情况更高的倍率进行双轴向(即纵向和横向)拉伸(同时防止孔过度扩张或者膜被撕裂)，也可以进行高度纤维化，从而基本上不出现结节(其为PTFE块)，并且可以制造其中带有细纤维的微孔密集排列的过滤器，所述细纤维构成骨架。作为用以形成过滤层的高分子量PTFE未烧结粉末，具体而言，优选使用数均分子量为1，000，000至15，000，000的粉末。更优选的是，数均分子量为4，000，000以上，并且又更优选为12，000，000以上。这在目前市售可得的PTFE未烧 结粉末中相当于特别高的分
子量级。数均分子量是由成型品的比重确定的。然而，根据测定方法的不同，PTFE分子量很不相同，这使其难以进行准确的测定。因此，根据测定方法，所测分子量可能不符合上述范围。可以形成宽幅的支持层和保护层。此外，在过滤层中，就面积比而言，拉伸倍率优选为12至150倍。当就面积比而言，拉伸倍率小于12倍时，不能进行高度的纤维形成。另一方面，当拉伸倍率超过150倍时，膜会变得过薄，从而导致强度降低。在支持层和保护层中，就面积比而言，拉伸倍率同样优选为12至150倍。当就面积比而言，拉伸倍率小于12倍时，不能进行高度的纤维形成。另一方面，当拉伸倍率超过150倍时，残余应力过大，并且支持层的功能下降。发明的有益效果由上述说明中显而易见的是，由于本发明的多孔的多层过滤器为三层的层积体，其中保护层叠置于过滤层的待处理液体流入侧的一个表面，而支持层叠置于过滤层的另一表面，并且过滤层夹在保护层和支持层之间，因此在制造、加工或使用中，过滤层得到保护，并且可能防止由过滤层损坏而造成的过滤性能降低。另外，由于保护层和支持层的孔均被设定为大于过滤层的孔，因此待处理液体的渗透性不会受到损害。另外，由于通过将保护层和支持层熔融粘结至过滤层的两个表面上，因此过滤层的强度增加，可在减小过滤层的厚度的同时，提高渗透流速。以这种方式，在本发明的过滤器中，在能够捕集超细颗粒的同时，可确保稳定的渗透性，并且可在高流速下进行渗透。因此，该过滤器尤其适合用作在半导体和液晶领域以及食品/药品领域的制造工艺(其要求更高的超细颗粒捕集率和高的处理速度)中使用的气体/液体微滤过滤器。
图IA是根据本发明的多孔的多层过滤器的示意性侧面图；图IB是根据本发明的多孔的多层过滤器的示意性放大截面图
图2是根据比较例的示意性侧面图；图3是示出实施例和比较例中IPA流速和BP关系的图。
具体实施例方式下面参考附图描述本发明的实施方案。如图IA和图IB所示，本发明的多孔的多层过滤器I是由三层层积体形成的，所述三个层包括过滤层2、叠置于过滤层2的待处理液体流入侧的一个表面上的保护层3、和叠置于过滤层2的另一表面上的支持层4。过滤层2、保护层3和支持层4均由在纵向和横向上双向延伸的多孔的延伸PTFE片材形成。在保护层3和过滤层2的界面处，保护层3被熔融粘结至过滤层2的表面2a ;并且在过滤层2和支持层4的界面处，过滤层2的另一表面2b被熔融粘结至支持层4，由此形 成了一体化的结构。过滤层2、保护层3和支持层4的厚度均为2 μ m至50 μ m，在本实施方案中，三层具有约IOym的相同厚度。过滤层2、保护层3和支持层4均具有纤维骨架，其中柔性的纤维F通过缠结连接在一起而形成三维网络。该纤维骨架基本上包围着狭缝形的孔P，并且这三个层的孔P以叠置状态彼此三维连通。在过滤层2中，平均孔径为O. 03 μ m至O. 20 μ m,根据要捕集的固体颗粒，通过在上述范围内调节平均孔径和孔隙率，从而设定泡点。在本实施方案中，旨在捕集小于O. 05 μ m的超细颗粒，过滤层2的平均孔径被设定为O. 03 μ m。泡点被设定为200kPa至500kPa，并且IPA流速被设定为70秒/IOOmL至300秒 /IOOmL。使用相同的多孔的延伸PTFE片材形成保护层3和支持层4。保护层3和支持层4的平均孔径均为过滤层2的平均孔径的5至1，000倍。在本实施方案中，保护层3和支持层4的平均孔径均为约O. 45 μ m，相当于过滤层2的平均孔径(O. 03 μ m)的 15 倍。另外，在保护层3和支持层4中，孔隙率均被设定为60%至90%，泡点均被设定为2kPa 至 IlOkPa0构成保护层3、过滤层2和支持层4的多孔的延伸PTFE片材均为在纵向和横向上双向延伸的片材，从而使纵向和横向上的抗拉强度在设定值内尽可能彼此相等，并且显示出各向同性的强度。因此，在多孔的多层过滤器I (其中包括保护层3、过滤层2和支持层4的三层被叠置，并且一体化)中，纵向抗拉强度和横向抗拉强度的差值被设定为1，500mN以下，并且尽可能减小，从而显示出各向同性的强度。在多孔的多层过滤器I (该过滤器I为三层的层积体)中，纵向抗拉强度和横向抗拉强度均被设定在4，OOOmN至13，OOOmN范围内。通过将经叠置并一体化的片材模切为片材宽度为5mm的样品，并在夹头间隔为30mm、测试速度为IOOmm/分钟的条件下进行拉伸试验，以测量纵向抗拉强度和横向抗拉强度。另外，在多孔的多层过滤器I (其中包括保护层3、过滤层2和支持层4的三层被叠置在一起并一体化)中，耐压强度被设定为200kPa至2，OOOkPa0上述物理性质通过以下描述的方法进行测量。(I)孔隙率根据ASTM-D-792，由在水中测得的比重(表观比重)和四氟乙烯树脂的比重来计算。数值越高，表示渗透性越好。(2)平均孔径采用PMI公司制造的Perm-Porometer (型号CFP-1200A)来测定。(3)泡点按照ASTM-F-316-80的方法，使用异丙醇测定。(4)纵向抗拉强度和横向抗拉强度将经叠置并一体化的样品模切为宽度为5mm的片材，并且在夹头间隔为30mm、试验速度为IOOmm/分钟的条件下拉伸样品，以进行测量。(5)耐压强度用强度远低于PTFE多孔片材的橡胶将孔阻塞，对直径为3mm的范围内逐渐施加空气压力，当由于膜的破裂等使空气可以穿过时，测量压力。·下面说明制造多孔的多层过滤器I的方法。在第一步中，分别制造构成过滤层2、保护层3和支持层4的多孔延伸PTFE片材。由于保护层3和支持层4是使用相同的片材而形成的，因此制造两种类型的多孔延伸PTFE片材，即，用以形成过滤层2的片材和用以形成保护层3和支持层4的片材。在第一步中，通过对已知的PTFE未烧结粉末进行糊料挤出，从而制造成型体。在糊料挤出过程中，通常将10质量份至40质量份、优选为16质量份至25质量份的液态润滑剂混合到100质量份的PTFE树脂中，并且进行挤出。作为PTFE未烧结粉末，使用数均分子量为4，000, 000至15，000, 000的高分子量粉末。作为液态润滑剂，可以使用在糊料挤出过程中常规所使用的各种润滑剂。液态润滑剂的例子包括石油溶剂，如溶剂石脑油和白油；烃油，例如十一烷；芳烃，如三醇和二甲苯；醇类；酮类；酯类；硅油；氟氯碳油；通过将诸如聚异丁烯或聚异戊二烯等聚合物溶解在这些溶剂中而获得的溶液；含有至少以上两者的混合物；以及含有表面活性剂的水或水溶液。单一组分比混合物是更优选的，因为其可以实现均匀的混合。接下来，使用压缩成型机对所得的混合物进行压缩成型，从而形成块状成形体(预成型)。在室温至50°C下，以20mm/分钟的速率将块状成形体挤压为片状。然后，用压延辊等对所得的片材状成形体进行压延，从而制造厚度为300 μ m的片状成形体。接着，从成型体中除去液态润滑剂。在烧结之前除去液态润滑剂。可在拉伸之后除去该液态润滑剂，但是优选在拉伸之前除去液态润滑剂。通过加热、提取、溶解等(优选通过加热)除去液态润滑剂。在加热的情况下，在加热辊温度为130°C至220°C时，使成型体通过加热辊。在使用诸如硅油或氟碳之类的具有相对高沸点的液态润滑剂的情况下，优选通过提取来除去液态润滑剂。另外，除了液态润滑剂之外，也可以加入用于任何目的的其它物质。例如，可以加入用于着色的颜料，并且为了改善耐磨性、防止低温流动以及促进孔的形成以及其他目的，可以加入无机填料，例如炭黑、石墨、二氧化硅粉、玻璃粉、玻璃纤维、硅酸盐、碳酸盐；金属粉、金属氧化物粉、金属硫化物粉等。此外，为了促进多孔结构的形成，可以以粉末或溶液的形式加入能够通过加热、提取、溶解等被除去或分解的物质，例如氯化铵、氯化钠、以及其他塑料和橡胶。
在随后的步骤中，在纵向和横向上双向拉伸由糊料挤出而得到的成形体。在拉伸过程中，将用于过滤层2的片状成形体的拉伸倍率设定为不同于用于保护层3和支持层4的片状成形体各自的拉伸倍率，从而使拉伸后的片状成形体可以具有不同的平均孔径。在本实施方案中，在用于过滤层2、保护层3和支持层4的各片状成形体中，首先进行一次或两次纵向拉伸，然后进行横向拉伸。优选在低于熔点并尽可能高的温度下进行拉伸。温度优选为室温(或20°C)至300°C，更优选为 250°C至 280°C。当在低温下进行拉伸时，易于制造具有较大孔径和高孔隙率的多孔膜。当在高温下进行拉伸时，易于制造具有小孔径的致密的多孔孔膜。
通过组合这些条件，可以控制孔径和孔隙率。在过滤层中，由于需要具有小孔径的致密的多孔膜，优选采用相对较高的拉伸温度。在拉伸过程中，优选的是，在20°C至70°C的低温下进行第一阶段的纵向拉伸后，在如上所述的高温下进行第二阶段的纵向拉伸。横向拉伸优选在70°C至200°C的高温条件下进行。另外，为了防止已拉伸片材收缩，优选进行热定型。在本发明中，由于特别增大了拉伸倍率，因此为了不使多孔结构受到损害，热定型是很重要的。热定型优选在进行横向拉伸之后立刻进行。在通过两个或更多的阶段进行拉伸的情况下，热定型优选在各阶段的拉伸之后进行。通常，在张力下(例如，在将拉伸的膜的两端固定的情况下)，于200 V至500 V的气氛温度下保持O. I分钟至20分钟，从而进行热定型。在过滤层2中，如I所示，根据待形成的孔的平均孔径来设定拉伸倍率。[表I]
f-均孔径(μ·) 第一纖|_ Cl ) Il二纵ft (信)_横…J Ul〉
22 5Α0.052321.5O. IO 2 3 21.50.20 3.5 21.5当平均孔径为O. 20 μ m时，纵向拉伸仅进行一次。另外，在过滤层中，如表II所示设定纵向和横向的最大和最小拉伸倍率、以及面积拉伸倍率。[表II]
(总拉伸ft+-)
__纵肉(倍)_横N (iff)_IjIIjH Ο υ'λ62L5 7)
_ΜΦ_4_\_5Α_6L6_形成在保护层3和支持层4中的孔的平均孔径均被设定为过滤层2的孔的平均孔径的5至1，000倍。通过预先调节用于形成保护层3和支持层4的树脂的等级和待混合的液态润滑剂的份数，在保持与表II所示相同的双向(即，纵向和横向)拉伸倍率的同时，孔径增大。
如上所述，将用于保护层3的拉伸片材和用于支持层4的拉伸片材叠置于用于过滤层2的双向拉伸片材上，从而使过滤层2夹在中间，由此形成一体化的结构。在327°C (其为PTFE的转变点)或更高的烧结温度下，通过加热大约几分钟至几十分钟、或者根据情况加热比该时间更长的时间，从而进行一体化过程。通常，在360°C至400°C下进行加热O. 5分钟至3分钟。通过这样的方式，在保护层3和过滤层2的界面处，保护层2被熔融粘结至过滤层
2的表面2a，并且在过滤层2和支持层4的界面处，过滤层2的另一表面2b 被熔融粘结至支持层4。由此制得了多孔的多层过滤器I。在本实施方案中，上述步骤中得到的多孔的多层过滤器I未经亲水化处理。原因是保护层3叠置于过滤层2的待处理液体流入侧的表面上，通过增大保护层3的平均孔径，待处理液体相对易于流入保护层3的孔中。另外，可以使用PVA对已叠置并一体化的多孔延伸PTFE片材进行亲水化处理。在亲水化处理中，将已叠置并一体化的多孔延伸PTFE片材在异丙醇(IPA)中浸溃O. 25分钟至2分钟，然后在浓度为O. 5重量％至O. 8重量％的PVA水溶液中浸溃5分钟至10分钟。然后，在纯水中浸溃2分钟至5分钟，随后进行交联。采用选自戊二醛交联(GA)、对苯二甲醛交联(TPA)和电子束交联(其中在6Mrad的条件下进行电子束辐射)中的任何一种方法，进行交联。在进行交联后，用纯水洗涤已叠置并一体化的多孔延伸PTFE片材，然后在常温至80°C下进行干燥，从而获得已叠置并一体化的亲水性PTFE多孔膜。通过上述方法制成的多孔的多层过滤器I具有这样的结构其中均由多孔延伸PTFE片材构成的支持层4、过滤层2和保护层3被叠置并一体化(如图I所示)，并且叠置的三层的孔彼此三维连通。在多孔的多层过滤器I中，待处理的液体由保护层3的外表面被供给到过滤层2和支持层4，从而进行固液分离处理。在多孔的多层过滤器I中，由于保护层3和支持层4被叠置于过滤层2的两个表面上，从而使过滤层2夹在中间，因此可保护过滤层2免受外部摩擦材料的损害。因此，可以防止具有微小的孔的过滤层2被损坏，并且可以维持精密过滤性能。尤其是，保护或支持过滤层2的保护层3和支持层4均被双向拉伸，并且纵向上被赋予的抗拉强度和横向上被赋予的抗拉强度被设定为彼此相等，因此，与单向拉伸材料相t匕，保护层3和支持层4的强度得以增加。由此，多孔的多层过滤器I整体的强度也增加，并可获得耐久性。另外，由于使用相同的多孔片材来形成将布置在过滤层2的两个表面上的保护层3和支持层4，因此可抑制成本增加。另外，由于将叠置于过滤层2的待处理液体侧上的保护层3的孔被设定为大于过滤层的孔，因此可进行精密过滤而不会降低处理速度。例子制造根据本发明的三层层积体(其由双向延伸片材构成)。如图2所示，根据比较例的过滤器材料10为两层的层积体，其中仅有支持层40叠置于过滤层20上，并且支持层40在纵向上单向延伸。制造该比较例，并测量纵向抗拉强度和横向抗拉强度。另外，关于实施例I的三层膜和比较例I的两层膜，测量待处理液体的流速(IPA流速)。在IPA流速的测量中，测量在98kPa的减压下，过滤IOOml的IPA (异丙醇)所需要的时间(有效膜面积9. 6cm2)ο(实施例I)向100质量份的PTFE细粉末(由DuPont公司制造的PTFE601A)中加入18质量份的液态润滑剂(由Idemitsu Kosan株式会社制造的Supersol FP-25 (成分石脑油)),并混合。在成型机中，将所得到的混合物进行压缩成型，以形成块状成型体。接着，将块状成型体连续地挤压成片状。使该片状成型体通过压辊，进一步通过加热辊(130°C至220°C )，以除去液态润滑剂，并将其卷绕在辊上，从而获得300 μ m的片材，该片材将被用作用以形成过滤层的片材。此外，获得250 μ m的片材，以作为用以形成支持层和保护层的片材。 接下来，对于用以形成过滤层的片材，在辊温度为250°C至280°C的条件下，以2倍的倍率沿纵向(加工方向)拉伸，然后在相同温度条件下，以2倍的倍率进一步进行拉伸。也就是说，通过两个阶段以4倍的拉伸倍率进行纵向拉伸。将纵向拉伸的膜的宽度方向的两端用夹头夹住，并在50°C的气氛下，以15. 4倍的拉伸倍率沿与加工方向垂直的方向进行横向拉伸。然后，通过将横向拉伸过的薄膜在285°C下保持O. 25分钟至I分钟，从而直接将其进行热定型。使经拉伸的片材通过360°C的加热炉，以进行I. 5分钟的烧结。由此获得实施例I的过滤层用片材。所获得的过滤层用片材的厚度为10 μ m，其泡点为350kPa，平均孔径为O. 03 μ mD另一方面，在温度为180°C至200°C的条件下，以3. 5倍的纵向拉伸倍率，并且以21. 5倍的横向拉伸倍率，形成用于支持层4和保护层3的片材。支持层4和保护层3的孔径均为过滤层3的孔径的6倍，并且支持层4和保护层3的厚度均为10 μ m。叠置用于过滤层2、支持层4和保护层3的多孔延伸PTFE片材，通过在370°C下加热100秒，将各层在它们之间的界面上彼此熔融粘结，从而形成一体化的结构。(实施例2)为了将过滤层2的平均孔径设定为O. 05 μ m，这样设定形成过滤层的片材在纵向和横向上的拉伸倍率如表I所不，第一纵向拉伸倍率为2倍,第二纵向拉伸倍率为3倍,横向拉伸倍率为21. 5倍。然后，进行与实施例I中相同的程序。(实施例3)为了将过滤层2的平均孔径设定为O. 10 μ m，这样设定形成过滤层的片材在纵向和横向上的拉伸倍率如表I所不，第一纵向拉伸倍率为2倍,第二纵向拉伸倍率为3倍,横向拉伸倍率为21. 5倍。然后，进行与实施例I中相同的程序。(实施例4)为了将过滤层2的平均孔径设定为O. 20 μ m，这样设定形成过滤层的片材在纵向和横向上的拉伸倍率如表I所示，纵向拉伸倍率为3. 5倍，横向拉伸倍率为21. 5倍。然后，进行与实施例I中相同的程序。(比较例I)
制造比较例I的过滤器材料10，以使其具有两层结构，其中支持层40叠置于上述过滤层20上。过滤层20的形成方式与实施例I的过滤层2相同，过滤层20具有平均孔径为O. 03 μ m的孔，其厚度设定为10 μ m。另一方面，在180°C至200°C的温度条件下，以18. 5倍的纵向拉伸倍率形成用以形成支持层40的片材，并且该片材的厚度被设定为30 μ m。将用于过滤层20和支持层40的多孔延伸PTFE片材进行叠置，通过在370°C下加热100秒，使过滤层20和支持层40在它们之间的界面上彼此熔融粘结，从而形成一体化的结构。(比较例2)过滤层的平均孔径被设定为0.05 μ m。除此之外，进行与比较例I中相同的程序。(比较例3)过滤层的平均孔径被设定为O. IOum0除此之外，进行与比较例I中相同的程序。(比较例4)过滤层的平均孔径被设定为O. 20 μ m0除此之外，进行与比较例I中相同的程序。对于由实施例I至4的三层层积体形成的过滤器和由比较例I至4的两层层积体形成的过滤器，测量其纵向抗拉强度和横向抗拉强度。如上所述，通过将已叠置并一体化的片材模切为宽度为5mm的片材样品，并在夹头间隔为30mm且试验速度为IOOmm/分钟的条件下拉伸样品，从而测量抗拉强度。测量结果如以下表III所示。[表I ]
权利要求
1.一种多孔的多层过滤器，其为由三个在纵向和横向上双向延伸的多孔延伸PTFE片材构成的层积体，所述多孔过滤器包括 作为中间层的过滤层；保护层，该保护层叠置于所述过滤层的位于待处理液体流入侧的一个表面上；以及支持层，该支持层叠置于所述过滤层的另一表面上， 其中所述过滤层的所述一个表面和所述另一表面在其与所述保护层和所述支持层的边界处被熔融粘结至所述保护层和所述支持层，所述保护层的孔和所述支持层的孔与所述过滤层的孔三维连通，并且所述过滤层的孔的平均孔径被设定为小于所述保护层和所述支持层各自的孔的平均孔径。
2.根据权利要求I所述的多孔的多层过滤器，其中在由三个片材构成的所述层积体中，纵向抗拉强度与横向抗拉强度间的差值为l，500mN以下，所述纵向抗拉强度与所述横向抗拉强度均在2，OOOmN至20，OOOmN范围内，并且所述层积体的耐压强度为200kPa至2，OOOkPa0
3.根据权利要求I或2所述的多孔的多层过滤器，其中构成所述层积体的所述三个片材的厚度均在2μπι至50μπι范围内，并且所述三个片材具有相同的厚度，或者所述保护层和所述支持层具有相同的厚度，并且所述保护层和所述支持层的厚度均大于所述过滤层的厚度。
4.根据权利要求I至3中任意一项所述的多孔的多层过滤器， 其中所述过滤层的平均孔径为O. 01 μ m至O. 45 μ m,位于所述过滤层两侧的所述保护层和所述支持层各自的平均孔径为所述过滤层的平均孔径的5至1，000倍；并且 其中所述过滤层的孔隙率为40%至90%，并且所述保护层和所述支持层各自的孔隙率为所述过滤层的孔隙率的I至2. 5倍。
全文摘要
在微滤过滤器中，过滤层受到保护以免被损坏。多孔的多层过滤器为由三个在纵向和横向上双向延伸的多孔延伸PTFE片材构成的层积体，所述多孔过滤器包括作为中间层的过滤层；保护层，该保护层叠置于所述过滤层的位于待处理液体流入侧的一个表面上；以及支持层，该支持层叠置于所述过滤层的另一表面上，其中所述过滤层的所述一个表面和所述另一表面在其与所述保护层和所述支持层的边界处被熔融粘结至所述保护层和所述支持层，所述保护层的孔和所述支持层的孔与所述过滤层的孔三维连通，并且所述过滤层的孔的平均孔径被设定为小于所述保护层和所述支持层各自的孔的平均孔径。
文档编号B32B27/30GK102958587SQ201280001674
公开日2013年3月6日 申请日期2012年2月8日 优先权日2011年2月25日
发明者辻胁宽之, 宇野敦史, 船津始 申请人:住友电工超效能高分子股份有限公司